CN110855323B - 用于对接收器和收发器系统及其接收器电路进行发射控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种用于对接收器和收发器系统及其接收器电路进行发射控制的方法。一种收发器系统包含发射器电路，其具有线路驱动器，所述线路驱动器具有可编程信号电平以产生发射信号来在汽车环境中经由非屏蔽双绞线UTP缆线进行发射。所述收发器系统进一步包含物理层PHY接收器。所述PHY接收器包含高通滤波器HPF、自适应前馈均衡器FFE块和噪声感知调适块。所述HPF拒绝所接收信号的瞬时噪声，且所述FFE块接收数字信号，并使用调适信号来自适应性地滤除窄带持续波CW噪声。所述数字信号是基于所述接收到的信号，且所述噪声感知调适块接收误差信号，并产生所述调适信号。基于所述FFE块的经均衡信号和所估计信号产生所述误差信号。经组合的发射和接收电路允许降低发射，同时拒绝强接收器汽车噪声。

Description

用于对接收器和收发器系统及其接收器电路进行发射控制的 方法
技术领域
本发明的描述大体上涉及通信，且更确切地说，涉及汽车环境中对经由非屏蔽双绞线(UTP)缆线操作的接收器的发射控制。
背景技术
IEEE P802.3bp标准定义了针对经由单个经平衡双绞线电缆线的点到点全双工1Gb/s以太网操作的1000基础-T1物理层(PHY)规范和管理参数。所定义的PHY可支持汽车、工业控制和自动化、运输(例如飞机、轨道和重型卡车)，以及其它应用，例如受益于线路对和磁性元件的数目的减少的对碳排放敏感的应用。在一些应用中，例如汽车应用中，归因于这些缆线的低成本和长久性，非屏蔽双绞线(UTP)缆线可特别受关注。
然而，经由UTP缆线的千兆比特速度下的操作可能因为低发射和对无线电干扰的高抗扰性的电磁兼容性(EMC)问题而具有挑战性。经由UTP缆线的1000基础-T1PHY的车载测试表明了超过国际无线电干扰特别委员会(CISPR)25类5标准以及最紧带线限制的发射要求。需要对可耐受大干扰的PHY接收器的发射改进的解决方案。
发明内容
一方面，本申请案提供一种收发器系统，其包括：发射器电路，其包含线路驱动器，所述线路驱动器可配置以产生发射信号，以在汽车环境中经由非屏蔽双绞线(UTP)缆线发射；以及物理层(PHY)接收器，其包括：高通滤波器(HPF)，其经配置以拒绝接收到的信号的瞬时噪声；自适应前馈均衡器(FFE)块，其经配置以接收数字信号，且使用适应信号，自适应地滤除窄带连续波(CW)噪声，所述数字信号是基于所述接收到的信号；以及噪声感知适应块，其经配置以接收误差信号，且产生所述适应信号，其中所述误差信号是基于所述FFE块的经均衡信号和所估计信号而产生。
另一方面，本申请案提供一种接收器电路，其包括：自动增益控制(AGC)电路，其经配置以基于经由非屏蔽双绞线(UTP)缆线接收到的信号，产生数字信号和信道信息信号；数字信号处理(DSP)块，其经配置以产生基于所述数字信号产生所估计的信号和误差信号；以及发射级控制电路，其经配置以产生控制信号，用于动态地调整用于经由UTP缆线进行发射的发射器电路的发射级，其中所述发射级控制电路经配置以基于所述误差信号和所述信道信息信号产生所述控制信号。
另一方面，本申请案提供一种方法，其包括：经由非屏蔽双绞线(UTP)缆线接收信号；通过自动增益控制(AGC)电路，基于接收到的信号，产生数字信号和信道信息信号；通过数字信号处理(DSP)块，基于所述数字信号，产生所估计的信号和误差信号；以及通过发射级控制电路，产生控制信号，用于基于所述误差信号和所述信道信息信号，动态地调整用于经由所述UTP缆线进行发射的发射器电路的发射级。
附图说明
在所附权利要求书中陈述本发明技术的某些特征。然而，出于阐释的目的，在以下图式中陈述本发明技术的若干实施例。
图1是说明根据本发明技术的各方面的用于在汽车环境中经由非屏蔽双绞线(UTP)缆线进行通信的收发器的实例的高级框图。
图2A到2B是说明根据本发明技术的各方面的用于在汽车环境中经由UTP缆线和对应的表来进行发射的发射器的实例的高级框图。
图3A到3B是说明根据本发明技术的各方面的用于在汽车环境中经由UTP缆线和对应的数字信号处理(DSP)块来接收信号的物理层(PHY)接收器的实例的高级框图。
图4是说明根据本发明技术的各方面的前馈均衡(FFE)陷波的实例的表。
图5是说明根据本发明技术的各方面的包含发射电平控制块的PHY接收器的实例的框图。
图6是说明根据本发明技术的各方面的在汽车环境中经由UTP缆线进行接收且产生发射电平控制信号的实例方法的流程图。
具体实施方式
下文阐述的详细描述是意图作为对标的技术的多种配置的描述，且并非意图表示可实践标的技术的仅有配置。附图并入本文中并且构成详细描述的一部分。出于提供对本发明技术的透彻理解的目的，所述详细描述包含具体细节。然而，本发明技术不限于本文中陈述的具体细节，且可在没有这些具体细节的情况下加以实践。在一些情况下，以框图形式示出众所周知的结构和组件以避免混淆本发明技术的概念。
在本发明技术的一或多个方面中，描述用于改进发射性能且提供在降低的信号电平下具有改进的抗噪声度的物理层(PHY)接收器的系统和配置。举例来说，在PHY发射器中提供可编程发射功率补偿，以满足经由非屏蔽双绞线(UTP)缆线的发射要求。本发明技术可降低发射信号电平来改进发射性能，而不严重影响PHY抗噪声度。所公开的解决方案包含：调适和拒绝窄带持续波(CW)噪声；使用接收器中的高通滤波器来拒绝低频瞬时噪声；执行误差整形来减少归因于瞬时噪声的误差传播，以及使用噪声感知数字信号处理(DSP)调适。
图1是说明根据本发明技术的各方面的用于在汽车环境中经由非屏蔽双绞线(UTP)缆线进行通信的收发器100的实例的高级框图。收发器100包含用于在汽车环境中经由UTP缆线112进行发射的发射器110，以及用于经由UTP缆线112接收所发射的信号的接收器120。发射器110可以可调整的电平发射信号，所述电平可受若干寄存器控制或经由可从接收器120接收的发射电平控制信号来控制，如本文更详细地论述。
接收器120可为物理层(PHY)接收器，例如1000基础-T1PHY接收器。经由A型UTP缆线的IEEE P802.3bp标准(即，条款97)的1000基础-T1PHY的车载测试表明了超过国际无线电干扰特别委员会(CISPR)25类5和最紧带线限制的发射要求。本发明技术的解决方案提供发射改进，使得PHY接收器120可耐受大汽车噪声。可调整发射器110的传输信号电平来改进发射性能，而不严重影响PHY接收器120的PHY抗噪声度。
为了改进减小的信号电平下的抗噪声度，可将PHY接收器120设计成自适应性地滤除窄带CW噪声，使用接收器中的高通滤波器来拒绝低频瞬时噪声，执行误差整形来减少归因于瞬时噪声的误差传播，且包含噪声感知数字信号处理(DSP)调适。PHY可提供可编程发射功率补偿来满足经由UTP缆线112的发射器110的发射要求，如本文所论述。
图2A到2B是说明根据本发明技术的各方面的用于在汽车环境中经由UTP缆线和对应的表220来进行发射的发射器210的实例的高级框图。然而，并非所有的所描绘组件均可在所有实施方案中使用，且一或多个实施方案可包含额外或与图中所示的那些不同的组件。可在不脱离如本文所陈述的所附权利要求书的精神或范围的情况下，进行组件的排列和类型的变化。可提供额外组件、不同组件或较少组件。
发射器210包含(但不限于)线路驱动器212和控制电路214。线路驱动器212可以来自控制电路214的发射电平控制信号215可控的可调整发射电平来驱动UTP缆线。控制电路214可包含若干控制寄存器。如表220中所示，寄存器的值表示各种发射信号电平。从1000mVpp到300mVpp的若干发射电平由介于000与111之间的寄存器值表示。1000mVpp的发射电平可为例如发射器210的PHY发射器的默认发射电平。
举例来说，300mVpp的发射电平可经由1Vpp信号提供10dB发射改进。可基于先前发射和抗扰性(EMC)测试来做出对最佳发射信号电平的决策，且可在任何时间，取决于特定安装和EMC要求来调整所述决策。来自控制电路214的发射电平控制信号215可降低线路驱动器212的发射电平以有助于发射。应注意，如果接收器设计中未进行恰当措施，那么发射控制会影响汽车环境中的抗噪声度。本发明技术提供一种接收器设计，其可包含措施来拒绝窄带CW噪声和低频瞬时噪声，执行误差整形以减少归因于瞬时噪声的误差传播，且使用噪声感知DSP调适，如本文所论述。
图3A到3B是说明根据本发明技术的各方面的用于在汽车环境中经由UTP缆线和对应的DSP块330来接收信号的PHY接收器300的实例的高级框图。然而，并非所有的所描绘组件均可在所有实施方案中使用，且一或多个实施方案可包含额外或与图中所示的那些不同的组件。可在不脱离如本文所陈述的所附权利要求书的精神或范围的情况下，进行组件的排列和类型的变化。可提供额外组件、不同组件或较少组件。
PHY接收器300包含(但不限于)高通滤波器(HPF)电路310、模/数转换器(ADC)电路320和DSP块330。HPF 310可拒绝经由UTP缆线接收到的信号302的瞬时噪声。在一些实施方案中，HPF 310具有约40MHz或以上的带宽，且可用以使接收到的信号302的汽车瞬时噪声中的多数衰减。ADC 320是具有约8位或更多的有效位数目(ENOB)的高分辨率ADC。ADC 320可提供具有高动态范围的数字信号321，从而允许后续信号处理块拒绝噪声。DSP块330可使用误差整形和噪声感知DSP调适来自适应性地滤除窄带CW噪声，如本文所论述，以产生所估计信号339。
图3B中所示的框图330示出DSP块330的各种组件和功能性。DSP块330包含(但不限于)前馈均衡(FFE)块332、限幅器块334、误差整形块336、决策反馈均衡器(DFE)块338、噪声感知调适块340、第一减法器342和第二减法器344。FFE块332是多分接头自适应FFE块，且接收数字信号321，并使用噪声感知调适块340所提供的调适信号343和来自误差整形块336的经整形误差信号333来自适应性地滤除所述接收到的数字信号321的窄带CW噪声。FFE块332所产生的经均衡信号322由第一减法器342接收。
第一减法器342接收来自DFE块的反馈信号337，将反馈信号337从经均衡信号322减去，且产生供限幅器块334使用的第一信号323。限幅器块334通过预测信号的最可能值(例如，介于三电平信号的-1、0和1值之间)，使用第一信号323来产生所估计信号339。举例来说，如果第一信号323的值为1.1，那么限幅器可预测所估计信号339的值1。第二减法器344将所估计信号339从第一信号323减去，并产生误差信号。误差整形块336对所述误差信号进行合适的整形，以产生经整形误差信号333和335。
FFE块332使用经整形的误差信号333来调整FFE块332的均衡参数。将所述经整形的误差信号339传递到DFE块338。DFE块338进一步接收来自限幅器334的所估计信号339以及来自噪声感知调适块340的调适信号345。DFE块338使用所估计信号339、经整形误差信号335和调适信号345来产生反馈信号337。噪声感知调适块340使用来自第二减法器344的误差信号来产生调适信号343和345，其分别用于调适FFE块332和DFE块338的参数。综上所述，DSP块330使用误差整形和噪声感知DSP调适来自适应性地滤除窄带CW噪声。
图4是说明根据本发明技术的各方面的FFE陷波412的实例的图400。图4中所示的图400描绘图3B的FFE块332的频率响应的曲线图410。曲线图410包含合适频率(例如对于750MHz的取样时钟为约50MHz)下的陷波412(FFE陷波)，以拒绝作为汽车环境的特性的窄带CW噪声。图400的水平轴是归一化到取样频率(例如750MHz)的归一化频率。实例陷波412具有超过30dB的衰减。
图5是说明根据本发明技术的各方面的包含发射电平控制块510的PHY接收器500的实例的框图。虽然图2A的线路驱动器212的发射信号的电平可设定为固定在降低的电平以帮助发射，如上文所论述，但有可能基于信道衰减、信道长度或信噪比(SNR)来调整发射电平。此自适应功率补偿将进一步改进汽车环境中经由UTP缆线的发射和抗扰性。
PHY接收器500包含HPF 502、可编程增益放大器(PGA)504、ADC 506、自动增益控制(AGC)508、发射电平控制块510和DSP 520。HPF接收输入信号501(例如射频(RF)信号)，且拒绝低频(例如低于约40MHz)瞬时噪声。PGA 504放大经滤波的信号，来自AGC 508的反馈503控制其增益。ADC 506是高分辨率ADC，例如具有超过8位的ENOB。ADC 506所产生的数字信号由AGC 508接收。AGC 508中收集的信息可示出包含信道衰减的信道信息。发射电平控制块510可使用信道衰减505连同从DSP块520接收到的误差信号532来决定是否需要更改(例如减小或增加)发射电平。发射电平控制块510产生发射电平控制信号515，其可用以调适线路驱动器(例如图2A的212)的发射电平以减少发射。
DSP块520包含FFE 522、第一减法器528、第二减法器530、限幅器524和DFE 526。FFE 522接收来自AGC 508的数字信号507，且产生经均衡的信号509。第一减法器528将从DFE 526接收到的反馈信号513从FFE 522的经均衡信号509减去，且产生第一信号511。限幅器524基于第一信号511提供所估计信号515，如上文所论述。DFE 526使用所估计信号515来产生反馈信号513。第二减法器530可所估计信号515从第一信号511减去以产生误差信号532，其由发射电平控制块510使用来产生发射电平控制信号515，其用以动态地调适线路驱动器的发射电平。
图6是说明根据本发明技术的各方面的在汽车环境中经由UTP缆线进行接收且产生发射级控制信号的实例方法600的流程图。方法600包含经由非屏蔽双绞线(UTP)缆线(例如图1的112)接收信号(例如图1的115或图5的501)(610)。方法600进一步包含基于接收到的信号，通过自动增益控制(AGC)电路(例如图5的508)产生数字信号(例如图5的503)和信道信息信号(例如图5的505)(620)。数字信号处理(DSP)块(例如图3B的330或图5的520)可基于数字信号产生所估计信号(例如图5的525)和误差信号(例如图5的532)(630)。发射电平控制电路(例如图5的510)可产生控制信号(例如图5的515)，用于基于误差信号和信道信息信号动态地调整发射器电路(例如图2A的210)的发射电平，以用于经由UTP缆线进行发射(640)。
提供先前的描述是为了使所属领域的技术人员能够实践本文中所描述的各个方面。对这些方面的各种修改对于所属领域的技术人员来说将容易显而易见，并且本文中定义的一般原理可适用于其它方面。因此，所附权利要求书无意限于本文中所示的方面，而是将被赋予与语言权利要求书一致的完整范围，其中以单数形式提及元件无意表示“有且仅有一个”(除非明确地这样叙述)，而是表示“一或多个”。除非另外特别地陈述，否则术语“一些”是指一或多个。关于男性的代词(例如，他的)包含女性和中性性别(例如，她的和它的)，且反之亦然。标题和副标题，如果存在的话，仅为了便利而使用，且不会限制本发明。
谓语词“经配置以”、“可操作以”和“经编程以”不暗示主题的任何特定有形或无形修改，而是既定可互换使用。举例来说，经配置以监视和控制操作或组件的处理器还可表示所述处理器经编程以监视和控制所述操作，或所述处理器可操作以监视和控制所述操作。同样地，经配置以执行代码的处理器可被解释为经编程以执行代码或可操作以执行代码的处理器。
例如“方面”的短语不暗示此类方面对于本发明技术必不可少或此类方面适用于本发明技术的所有配置。涉及一个方面的公开内容可适用于所有配置，或一或多个配置。例如“一方面”的短语可指一或多个方面且反之亦然。例如“配置”的短语不暗示此类配置对于本发明技术必不可少或此类配置适用于本发明技术的所有配置。涉及一个配置的公开内容可适用于所有配置，或一或多个配置。例如“配置”的短语可指一或多个配置且反之亦然。
本文中使用词语“实例”来表示“充当实例或说明”。本文中描述为“实例”的任何方面或设计不一定被解释为比其它方面或设计优选或有利。
所属领域的技术人员已知或日后将知晓的贯穿本公开而描述的各种方面的元件的所有结构和功能等效物以引用的方式明确地并入本文中，且旨在由权利要求书涵盖。此外，本文所公开的任何内容均不希望奉献给公众，无论权利要求书中是否明确地陈述此公开。除非使用短语“用于…装置”明确叙述权利要求项要素，或在方法项的情况下，使用短语“用于…的步骤”叙述所述要素，否则不依据35 U.S.C.§112第六段的规定解释所述要素。此外，就术语“包括”、“具有”等用于说明书或权利要求书中来说，当在权利要求书中用作过渡词时，此类术语既定以与所解释的术语“包含”类似的方式是包括性的。

Claims (13)

1.一种收发器系统，其包括：
发射器电路，其包含线路驱动器，所述线路驱动器可配置以产生发射信号来在汽车环境中经由非屏蔽双绞线UTP缆线进行发射；以及
物理层PHY接收器，其中所述PHY接收器包括：
高通滤波器HPF，其经配置以拒绝所接收信号的瞬时噪声；
噪声感知调适块，其经配置以接收误差信号且产生调适信号；
误差整形块，其经配置以对所述误差信号进行整形，以产生经整形的误差信号；
自适应前馈均衡器FFE块，其经配置以接收数字信号，且使用所述调适信号和所述经整形的误差信号来自适应性地滤除所接收的数字信号的窄带持续波CW噪声，所述数字信号是基于所述接收到的信号，其中基于所述FFE块的经均衡信号和所估计信号产生所述误差信号；
决策反馈均衡器DFE块，其经配置以接收所述经整形的误差信号、所述所估计信号和所述调适信号，且产生反馈信号；以及
限幅器块，其经配置以基于因将所述反馈信号从所述经均衡信号减去而产生的第一信号来提供所述所估计信号。
2.根据权利要求1所述的收发器系统，其中所述PHY接收器进一步包括第一减法块，其经配置以基于将所述反馈信号从所述经均衡信号减去而产生第一信号。
3.根据权利要求2所述的收发器系统，其中所述PHY接收器进一步包括第二减法块，其经配置以通过将所述所估计信号从所述第一信号减去来产生所述误差信号。
4.根据权利要求3所述的收发器系统，其中所述PHY接收器进一步包括高分辨率模/数转换器ADC，其经配置以将所述接收到的信号转换成所述数字信号，且其中所述高分辨率ADC包括具有超过8位的有效位数目ENOB的ADC。
5.根据权利要求4所述的收发器系统，其中所述FFE块包括多分接头FFE，其经配置以接收所述数字信号、所述经整形误差信号和所述反馈信号，且基于所述数字信号、所述经整形误差信号和所述反馈信号产生所述经均衡信号。
6.根据权利要求1所述的收发器系统，其中所述发射器电路进一步包括发射电平控制电路，其经配置以产生控制信号来调整所述线路驱动器的发射电平。
7.根据权利要求6所述的收发器系统，其中所述发射电平控制电路包括多个控制寄存器，且其中基于所述多个控制寄存器的包含低于所述线路驱动器的默认发射电平的若干发射电平选项的内容产生所述控制信号。
8.一种接收器电路，其包括：
自动增益控制AGC电路，其经配置以基于经由非屏蔽双绞线UTP缆线接收到的信号产生数字信号和信道信息信号；
数字信号处理DSP块，其经配置以基于所述数字信号产生所估计信号和误差信号；以及
发射电平控制电路，其经配置以产生控制信号，用于动态地调整发射器电路的发射电平以经由所述UTP缆线发射，
其中所述发射电平控制电路经配置以基于所述误差信号和所述信道信息信号产生所述控制信号，
其中所述DSP块包括前馈均衡器FFE、限幅器、决策反馈均衡器DFE、第一减法器和第二减法器，
其中所述FFE经配置以接收所述AGC电路的输出信号且产生经均衡信号，且其中所述限幅器耦合到所述第一减法器，所述第一减法器经配置以将反馈信号从所述经均衡信号减去，且产生第一信号，及
其中所述限幅器经配置以基于所述第一信号产生所述所估计信号，其中所述第二减法器经配置以将所述所估计信号从所述第一信号减去，且产生所述误差信号。
9.根据权利要求8所述的接收器电路，其中接收器包括1000BASE-T1物理层PHY接收器，且其中所述发射电平控制电路经配置以产生所述控制信号来调适，以将所述发射器电路的所述发射电平动态地调整为与所述1000BASE-T1 PHY接收器兼容。
10.根据权利要求9所述的接收器电路，其进一步包括高通滤波器HPF、可编程增益放大器PGA电路和高分辨率模/数转换器ADC，其中所述高分辨率ADC包括具有超过8位的有效位数目ENOB的ADC。
11.根据权利要求10所述的接收器电路，其中所述HPF经配置以滤除所接收信号的瞬时噪声，且所述PGA经配置以使所述HPF的经滤波信号输出放大由AGC反馈信号控制的增益。
12.根据权利要求8所述的接收器电路，其中所述DFE经配置以接收所述所估计信号，且产生所述反馈信号。
13.一种用于发射控制的方法，其包括：
经由非屏蔽双绞线UTP缆线来接收信号；
通过自动增益控制AGC电路，基于接收到的信号产生数字信号和信道信息信号；通过数字信号处理DSP块，基于所述数字信号产生所估计信号和误差信号；以及
通过发射电平控制电路，产生控制信号，用于基于所述误差信号和所述信道信息信号，动态地调整发射器电路的发射电平来经由所述UTP缆线进行发射，
其中所述DSP块包括前馈均衡器FFE、限幅器、决策反馈均衡器DFE、第一减法器和第二减法器，
其中所述FFE经配置以接收所述AGC电路的输出信号，且产生经均衡信号，且其中所述限幅器耦合到所述第一减法器，所述第一减法器经配置以将反馈信号从所述经均衡信号减去，且产生第一信号，且
其中所述限幅器经配置以基于所述第一信号产生所述所估计信号，其中所述第二减法器经配置以将所述所估计信号从所述第一信号减去，且产生所述误差信号。
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